具有专用废气再循环废气端口和独立废气阀控制的发动的制造方法
【专利摘要】一种发动机组件，包括限定汽缸的发动机机体、废气系统和废气再循环系统。第一凸轮致动的废气阀配置为控制流体从汽缸到废气系统的流动。第二凸轮致动的废气阀配置为控制流体从汽缸到废气再循环系统的流动。第二阀的正时可独立于第一阀的正时调节，由此能够通过废气阀正时的操纵来控制EGR流。
【专利说明】具有专用废气再循环废气端口和独立废气阀控制的发动机
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有废气再循环的发动机组件。
【背景技术】
[0002]一些车辆包括废气再循环(EGR)系统，以选择地将内燃发动机废气导向到发动机的进气口。EGR可降低一些不期望的发动机排放组分的水平，例如氮氧化物(Nox)，并且可改进燃料经济型。EGR通常涉及通过发动机废气系统和发动机新鲜空气进气通道之间的EGR通道的废气的再循环。EGR通道内的阀(EGR阀)被控制来改变EGR通道内的约束，以调节通过其的废气流动。
【发明内容】
[0003]一种发动机组件，包括限定汽缸的发动机机体；曲轴；进气系统；废气系统；和废气再循环系统。进气阀配置为控制流体从进气系统到汽缸的流动。第一废气阀配置为控制从流体汽缸到废气系统的流动。第二凸轮致动的废气阀配置为控制流体从汽缸到废气再循环系统的流动。第一凸轮配置为致动第一废气阀，第二凸轮配置为致动第二废气阀。第二凸轮可独立于第一凸轮相对于曲轴的相位而相对于曲轴相位调节。专用的EGR凸轮凸角的相对于主废气凸轮凸角的相位调节可因而被动态控制，以控制EGR量。
[0004]本文提供的发动机组件可通过外部EGR的可靠引入(通过消除EGR阀)改进燃料燃烧效率。由于体积最小化以及快速响应凸轮相位调节，发动机组件还可改进EGR响应时间。
[0005]在结合附图理解时，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点通过下面实现本发明的最佳模式的详细描述而变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是发动机组件的一部分的示意性俯视图；
[0007]图2是图1的发动机组件的示意性俯视图，包括应用到所有发动机汽缸的进气系统、废气系统和EGR系统；
[0008]图3是图1的发动机组件的示意性侧剖视图；
[0009]图4是图1的发动机组件的另一示意性侧剖视图；
[0010]图5是描绘图4的废气阀的阀升程曲线图；和
[0011]图6是描绘图4的废气阀在相位调节之后的阀升程曲线图。
【具体实施方式】
[0012]参照附图，其中，贯穿几幅视图，相似的附图标记表示相同或对应的部件，图1中所见的是内燃发动机10。发动机10包括限定多个汽缸18A-D的发动机机体14。发动机10进一步包括多个活塞22A-D。每一个活塞22A-D定位在汽缸18A-D中的相应的一个内，用于在其中在上止点位置和下止点位置之间往复平移，如本领域中技术人员所理解的。[0013]每一个活塞22A-D通过相应的连杆(显示在图3中的30处)操作地连接到曲轴(显示在图2中26处)，以使每一个活塞的往复平移造成曲轴26的旋转，反之亦然。每一个汽缸18A-D包括由汽缸盖(显示在图3中46处)形成的一个或多个(在描绘的实施例中显示为两个)相应的进气端口 38A-H和两个相应的废气端口 42A-H。参照图1和2，每一个进气端口 38A-H与进气系统52的进气歧管50通过相应的流道56A-H选择地流体连通，以接收包括空气和再循环废气的充气。
[0014]每一个汽缸18A-D具有一个或多个(在描绘的实施例中显不为两个)与其相关联的相应的进气阀54A-H。每一个进气阀54A-H可在打开位置和闭合位置之间运动，在打开位置中，与进气阀相关联的汽缸通过其相应的进气端口 38A-H和流道56A-H和气室50流体连通，在闭合位置中，进气阀54A-H阻塞进气端口 38A-H中的相应一个，由此来阻止与进气阀相关的汽缸18A-D和进气系统52之间的流体连通。因而，从进气歧管50进入汽缸18A-D中的每一个的空气流57由一个或多个进气阀54A-H控制。
[0015]在所描绘的实施例中，每一个汽缸18A-D具有一个废气端口 42A，42C，42E，42G，其与废气系统60选择的流体连通，废气系统60配置为将汽缸18A-D中产生的废气64的一部分输送到大气61。更具体地，废气系统60包括废气歧管62。废气端口 42A、42C、42E、42G中的每一个与废气歧管62通过相应的流道66A、66C、66E、66G选择地流体连通。进入废气歧管62中的流体被导向到大气61。废气系统60可包括其他部件(未示出)，例如废气处理系统(例如催化器)，以在废气64离开废气系统60之前改变废气64的化学组分。如果发动机10被涡轮增压，则废气系统可还包括涡轮机(未示出)。
[0016]每一个汽缸18A-D还具有一个废气端口 42B、42D、42F、42H，其与废气再循环(EGR)系统68选择地流体连通。EGR系统68包括EGR收集器70，EGR收集器70通过相应的流道66B、66D、66F、66H与废气端口 42B、42D、42F、42H中的每一个流体连通。收集器70与进气系统52选择地流体连通。更具体地，进气系统52包括进气管道74，进气管道74在大气61和进气歧管50之间提供流体连通。EGR收集器70与管道74选择地流体连通，以使收集器70中的废气64可进入管道74中，并且之后被传输到进气歧管50，以引入汽缸18A-D中。
[0017]在所描述的实施例中，EGR系统68包括单向阀78，单向阀78允许流体从收集器70流动到管道74，但是阻止流体从管道74流动到收集器70。
[0018]每一个汽缸18A-D具有与其相关联的两个相应的废气阀58A-H。废气阀58A、58C、58E、58G中的每一个可在打开位置和闭合位置之间运动，在打开位置中，与废气阀相关联的汽缸与废气歧管62通过其相应的废气端口 42A、42C、42E、42G流体连通，在闭合位置中，废气阀58A、58C、58E、58G阻塞其相应的废气端口 42A、42C、42E、42G，由此阻止与废气阀相关联的汽缸18A-D和废气歧管62之间的流体连通。
[0019]废气阀58B、58D、58F、58H中的每一个可在打开位置和闭合位置之间运动，在打开位置中，与废气阀相关联的汽缸和EGR收集器70通过其相应的废气端口 42B、42D、42F、42H流体连通，在闭合位置中，废气阀58B、58D、58F、58H阻塞其相应的废气端口 42B、42D、42F、42H，由此阻止与废气阀相关联的汽缸18A-D和EGR收集器70之间的流体连通。
[0020]应注意的是，所描绘的实施例中的EGR系统68和废气系统60是分立的且为不同的系统，并且不是同延的(coextensive)。EGR系统68和废气系统60之间不存在直接的流体连通。不存在允许从废气系统60到进气系统52的流体连通(废气流)的EGR通道。因而，通过端口 42A、42C、42E、42G进入废气系统60的废气64不能进入EGR系统68或进气系统52，除非通过汽缸18A-D中的一个或在被释放到大气61之后。类似地，通过端口 42B、42D、42F、42H进入EGR系统68的废气64在未首先行进通过进气系统52和/或通过汽缸18A-D中的一个的情况下不能进入废气系统60。因此，端口 42B、42D、42F、42H是专用的EGR废气端口:通过端口 42B、42D、42F、42H的废气流被用于EGR，并且在在未首先被再循环通过发动机10的情况下不被导向到大气。
[0021]进气阀54A-H被弹簧偏置到闭合位置中。发动机10包括进气阀致动器86A-H，每一个进气阀致动器配置为选择地使进气阀54A-F中的相应的一个在其打开和闭合位置之间运动。在所描绘的实施例中，致动器86A-H操作地接合进气凸轮轴90。废气阀58A-H也被弹簧偏置到闭合位置中。发动机10包括废气阀致动器94A-H，每一个配置为选择地使废气阀58A-H中的相应的一个在其打开位置和闭合位置之间运动。致动器94A-H操作地接合废气凸轮轴组件100。本领域中的技术人员将意识到，在所要求保护的发明的范围内，可采用多种阀致动器，例如凸轮操作的摇臂、凸轮操作的指形从动件(finger follower)、螺线管等。
[0022]图3和4示意性地描绘了汽缸18A和与汽缸18A相关联的阀54A、54B、58A、58B。应注意的是，汽缸18A是其他汽缸18B-D的代表。参照图3，在所描述的实施例中的发动机10还包括多个火花塞108，每一个配置为在汽缸18A-D中的相应的一个中提供火花。但是，在所要求保护的发明的范围内，也可采用压缩点火发动机。凸轮轴90包括操作地连接到其以随其一起旋转的多个进气凸轮112。每一个进气凸轮112与进气阀致动器86A-H中的相应一个接合，如本领域技术人员可理解的。凸轮轴90操作地连接到曲轴26，例如通过齿轮、链驱动或皮带驱动，以使在曲轴26每旋转两次时凸轮轴90旋转一次。凸轮112的凸角在凸轮轴90旋转时使进气阀54A打开和闭合，如本领域技术人员所理解的。
[0023]参照图3和4，发动机10具有发动机机体14，发动机机体14限定汽缸18A，汽缸18A具有进气端口 38A、38B，第一废气端口 42A，和第二废气端口 42B。发动机还包括曲轴26、与进气端口 38A通过流道56A流体连通的进气系统(图1中显示在52处)、与第一废气端口42A通过流道66A流体连通的废气系统(显示在图1中60处)、和与第二废气端口 42B通过流道66B流体连通的废气再循环系统(显示在图1中68处)。废气再循环系统68提供从第二废气端口 42B到进气系统52的流体连通，并且不与废气系统60直接流体连通，即废气再循环系统68不与废气系统60流体连通，除非通过汽缸18A-D中的一个，或通过大气61。
[0024]发动机10还包括凸轮致动的进气阀54A，该进气阀54A配置为控制流体(即空气57)从进气系统52通过进气端口 38A到汽缸18A的流动。第一凸轮致动的废气阀58A配置为控制流体(即废气64)从汽缸18A通过第一废气端口 42A到废气系统60的流动。第二凸轮致动的废气阀58B配置为控制流体(即废气64)从汽缸18A通过第二废气端口 42B到废气再循环系统68的流动。
[0025]第一凸轮116配置为致动第一凸轮致动的废气阀58A。第二凸轮120配置为致动第二凸轮致动的废气阀58B。第二凸轮120可相对于曲轴26相位调节，独立于第一凸轮116相对于曲轴26的相位。
[0026]更具体地，在所描述的实施例中，凸轮轴组件100配置为致动第一和第二废气阀58A、58B。凸轮轴组件100具有第一轴124和第二轴128。第一轴124和第二轴128同中心布置；第二轴128布置在第一轴124内部的圆柱状空腔内。第一轴124和第二轴128可相对于彼此在有限的范围内选择地旋转。
[0027]第一凸轮116操作地连接到第一轴124，以随其整体运动，并且第二凸轮120操作地连接到第二轴128，以随其整体运动。发动机10包括凸轮相位器132，其通过第二轴128操作地连接到第二凸轮120 ;凸轮相位器132配置为独立于第一凸轮116相对于曲轴的相位关系而选择地调节第二凸轮120相对于曲轴26的相位关系。
[0028]在所描绘的实施例中，用于阀58D，58F，58H的凸轮(未示出)连接到第二轴128，以随其一起运动，用于阀58C，58E，58G的凸轮(未示出)连接到第一轴124，以随其一起运动。因此，调节第二轴128相对于第一轴124的旋转位置造成在所有汽缸18A-D中的废气阀的正时改变。但是，应注意的是，在所要求保护的发明的范围内，不是所有的汽缸18A-D可包括具有可独立调节阀正时的专用EGR废气端口。
[0029]参照图5，第一废气阀58A的阀升程曲线208和第二废气阀58B的阀升程曲线212图示为曲轴200相对于活塞22A的上止点位置204的旋转位置(以曲柄角度表示)的函数。在图示的实施例中，第二凸轮120具有与第一凸轮116不同的尺寸和形状，并且因而第二阀58B的升程曲线212与第一阀58A的升程曲线不同。但是，应注意到，在所要求保护的发明的范围内，第二凸轮120和第一凸轮116可具有相同的尺寸和形状。在图5中，相位器132设置成使第二废气阀58B在第一废气阀58A之前打开，由此增加来自于汽缸18A的被导向到EGR系统68的相对于被导向至废气系统60的废气64的相对量。
[0030]进入EGR系统68中的废气64的相对量可通过改变第一和第二废气阀58A、58B的正时而选择地改变。因而，例如，并且参照图6，凸轮相位器132可提前第一阀58A的正时，以使其具有图6中208处所示的曲线，并且可延迟第二阀58B的正时，以使其具有图6中212处所示的曲线。与图5中所示的正时相比较,通过图6中所示的正时,与废气系统60相t匕，更少的废气64被发送到EGR系统68。
[0031]虽然已经详细描述了实现本发明的最佳模式，但是熟悉本发明相关领域的技术人员将意识到在所附权利要求范围内的实践本发明的替代设计和实施例。
【权利要求】
1.一种发动机组件，包括: 发动机机体，限定汽缸； 曲轴； 进气系统； 废气系统； 废气再循环系统； 凸轮致动的进气阀，配置为控制流体从进气系统到汽缸的流动； 第一凸轮致动的废气阀，配置为控制流体从汽缸到废气系统的流动； 第二凸轮致动的废气阀，配置为控制流体从汽缸到废气再循环系统的流动； 第一凸轮，配置为致动所述第一凸轮致动的废气阀；和 第二凸轮，配置为致动所述第二凸轮致动的废气阀，所述第二凸轮可独立于第一凸轮相对于曲轴的相位而相对于曲轴相位调节。
2.根据权利要求1所述的发动机组件，进一步包括凸轮轴组件，所述凸轮轴组件配置为致动第一和第二废气阀； 所述凸轮轴组件具有第一轴和第二轴，所述第一轴和所述第二轴中的一个同中心地布置在所述第一和第二轴中的另一个内； 所述第一和所述第二轴配置为用于其之间的可变相位调整； 其中，第一凸轮操作地连接到第一轴，以随其整体运动；并且 其中，第二凸轮操作地连接到第二轴，以随其整体运动。
3.根据权利要求1所述的发动机组件，进一步包括凸轮相位器，其操作地连接到第二凸轮，并且配置为选择地调节第二凸轮相对于曲轴的相位关系。
4.根据权利要求1所述的发动机组件，其中，第二凸轮特征在于与第一凸轮不同的尺寸或形状。
5.一种发动机组件，包括: 发动机机体，限定汽缸，所述汽缸具有进气端口、第一废气端口和第二废气端口 ； 曲轴； 进气系统，与进气端口流体连通； 废气系统，与第一废气端口流体连通，并且不与第二废气端口流体连通； 废气再循环系统，其提供从第二废气端口到进气系统的流体连通，并且其不与第一废气端口流体连通； 第一凸轮致动的废气阀，配置为控制流体通过第一废气端口的流动； 第二凸轮致动的废气阀，配置为控制流体通过第二废气端口的流动； 第一凸轮，配置为致动所述第一凸轮致动的废气阀；和 第二凸轮，配置为致动所述第二凸轮致动的废气阀，所述第二凸轮可独立于第一凸轮相对于曲轴的相位而相对于曲轴相位调节。
6.根据权利要求5所述的发动机组件，进一步包括凸轮轴组件，其具有第一轴和第二轴，所述第一轴和所述第二轴中的一个同中心布置在所述第一轴和第二轴中的另一个内； 所述第一和第二轴配置为用于其之间的可变相位调整； 其中，所述第一凸轮操作地连接到第一轴，以随其整体运动；并且其中，所述第二凸轮操作地连接到第二轴，以随其整体运动。
7.根据权利要求5所述的发动机组件，进一步包括凸轮相位器，其操作地连接到第二凸轮，并且配置为选择地调节第二凸轮相对于曲轴的相位关系。
8.根据权利要求5所述的发动机组件，其中，第二凸轮特征在于与第一凸轮不同的尺寸或形状。
9.一种方法，包括: 提供发动机，所述发动机具有限定汽缸的机体，汽缸具有第一废气端口、第二废气端口、控制通过第一废气端口的流体流动的第一废气阀、控制通过第二废气端口的流体流动的第二废气阀、进气系统、提供从第一废气端口到大气的流体连通的废气系统、提供从第二废气端口到进气系统的流体连通的废气再循环系统，所述废气再循环系统和所述废气系统分立，并且彼此不同延；和 通过调节第二废气阀相对于第一废气阀的正时而调节进入废气再循环系统的废气的量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，发动机包括曲轴、配置为致动第一废气阀的第一凸轮和配置为致动第二阀的第二凸轮；并且 其中，所述调节第二废气阀的正时包括独立于第一凸轮相对于曲轴的相位来调节第二凸轮相对于曲轴的相位。`
【文档编号】F02D21/08GK103511132SQ201310250044
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月21日 优先权日:2012年6月22日
【发明者】E.J.基廷 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司